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2021 - 06 - 21
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2021 - 03 - 04
作者:吴华春 上海安世亚太结构应用工程师本文共计1591字,阅读时间预计5分钟编者按作者在本文对DEFORM软件使用时常出现的问题进行了深入探讨,并针对应变值不变的问题提出了解决方案,有利于技术工程师在实际使用时进行更好的模拟仿真。在变形中,有一种相对常见的情况:零件变形,但有效应变保持为0,其他变量(如应力)的行为异常。报错信息如图-1所示,工件的单元应力为0。(注:图-1所示错误多发生在用户自...
2021 - 02 - 03
作者:吴华春 上海安世亚太结构应用工程师本文共计3974字,阅读时间预计9分钟编者按作者在本文中对齿轮整个成形过程所涉及的工艺进行了分析,并提出从切削到热处理的过程中,DEFORM可以进行一系列的仿真分析,帮助研发人员减少研发周期,避免人为的设计缺陷,为整个齿轮行业提供CAE仿真支持。齿轮作为可以改变运动方向及形式以及传递力矩的部件,已经成为机械行业中必不可少的核心零件。特别是在国家提出“中国制造...
2021 - 01 - 20
作者:李桂花 上海安世亚太结构应用工程师本文共计1199字,阅读时间预计4分钟编者按ICT技术已经是现代电子企业常用的测试技术,本文中作者使用ANSYS Sherlock软件进行ICT测试,评估由于过应力导致的风险组件,并根据结果提出改进措施。随着微电子技术和电子组装技术的发展,PCBA(Printed Circuit Board Assembly,印刷电路板组件)布局和组装呈现出复杂化...
2021 - 01 - 13
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2021 - 01 - 07
作者:李超峰 上海安世亚太流体应用工程师文章发布:上海安世亚太官方订阅号(搜索:PeraShanghai)联系我们:021-58403100本文共计1371字,阅读时间预计4分钟编者按作者通过一个优化模具通道的案例进行分析和讲解,拆分了该案例的优化步骤,让我们清楚地了解到ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的重要作用。背景挤出成型是聚合物、玻璃及食品加工连续性生产工艺的重要方法。由于聚合物在拉...

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01ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的应用
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01ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的应用

介绍

作者:李超峰 上海安世亚太流体应用工程师

文章发布:上海安世亚太官方订阅号(搜索:PeraShanghai)

联系我们:021-58403100

本文共计1371字,阅读时间预计4分钟


编者按

作者通过一个优化模具通道的案例进行分析和讲解,拆分了该案例的优化步骤,让我们清楚地了解到ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的重要作用。

背景

挤出成型是聚合物、玻璃及食品加工连续性生产工艺的重要方法。由于聚合物在拉伸和挤压过程中表现出复杂的粘弹性行为,因此熔体在模具中和自由端的流动行为非常复杂。


目前主要采用实验方法和数学解析的方法来进行研究,前者由于需要反复模具试制、多次试模才能得到合格的产品,且一类经验在其他类型产品中复制性差,造成生成时间周期长,难以满足激烈的市场竞争需求;对于数学解析的方法,随着流变学的发展和计算机技术提高,使这种方法越来越成熟,ANSYS POLYFLOW经过多年的发展,目前已包括丰富的求解功能:

可以求解的网格类型多

包括三角形、四边形、四面体、六面体等,网格变形工具包括网格叠加技术、网格自适应、网格重构,适应求解网格大变形问题;

对于前处理软件有很好的接口

可以读入ANSYS meshing、ICEM、GAMBIT网格工具生成的网格;

丰富的求解模型

包括牛顿流体、广义牛顿流体、粘弹性流体等多种流变模型。

因此,POLYFLOW特别适合应用于聚合物成型加工、玻璃工业及食品行业中的材料流动模拟。在塑料产品加工行业应用包括挤出成型、吹塑成型、拉丝、涂覆工艺的流动、传热问题。


POLYFLOW在挤出成型中的优化应用

在挤出成型中,挤出产品的形状是挤出口模设计的一个重要目标,而挤出胀大现象给具有形状和尺寸要求的模具设计带来了一定难度。


另外,熔体流出口模截面速度的差异,同样会造成产品内应力增大,造成产品变形严重。对此,我们可以通过优化模具内部通道,改善出口截面流速的差异,一般速度差异控制在2倍以内便可接受。下面我们通过一个优化模具通道的案例具体讲解。


如图1所示,是通过逆向口模设计方法设计的口模出口截面形状,这是一个结构比较复杂的密封件。

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图1 口模截面形状


首先我们假设口模后端的进料口比较均匀,如图2示。

01ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的应用

图2 模型与网格


然后做初步分析,获得初步的截面速度,如图3示。

01ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的应用

图3 截面速度分布


在图3中,我们可以看到初步分析结果,出口截面的速度分布云图,最大速度与最小速度差6倍以上


为了增大速度较慢区域的速度,我们将在颗粒太慢的地方(即局部流量太小的地方),增加进口处截面面积,这更有利于颗粒在局部流动,从而增加流速,这也是最常用和较为有效的方法。


如图4所示,在模具背后进口位置,对应出口速度小的位置,加大进口截面积;对应出口速度高的位置,减小进口的截面积。

01ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的应用

图4 模具背部进口截面


如图5是口模出口截面的速度分布图,相比原来没有优化的分布图,速度差异已经减小,但还不满足要求,需要进一步优化。

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图5 口模出口截面速度分布


如图6,再次更改后的口模背后形状,将速度慢的进口界面积继续加大,出口速度快的减小。

01ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的应用

图6 口模进口截面


图7是第二次修改后口模出口截面的速度分布图,可以看到速度差异已经大大减小,只有部分偏高。

01ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的应用

图7 口模出口截面速度分布


我们可以进行第三次修改,如图8所示。

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图8 口模进口截面


图9是第三次修改后,口模出口截面速度分布图,可以看到速度差异基本控制在2倍以内,达到优化目标。

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图9 第3次修改口模出口截面速度分布


图10是最后确定的口模形状。

01ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的应用

图10 最后确定的口模形状


计算过程中使用了几个Polyflow技术,由于挤出段自由表面的存在,增加了计算的非线性,Polyflow先进的自动求解技术提高了求解的稳定性;

■ 同时也用到了渐进算法(evolution),以此逐渐靠近我们的求解目标,改善由于参数变化大引起的不收敛问题;

■ 我们还用到了网格重构功能,通过改变网格节点位置,保证网格的质量和求解精度。


总结

综上,我们可以清楚地知道ANSYS POLYFLOW在挤出工艺中的重要作用,了解POLYFLOW在挤出口模中的应用流程;关于进一步的深入讲解,以后的文章中还会继续展示。


*本文版权归上海安世亚太所有,

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2021 - 03 - 04
作者:吴华春 上海安世亚太结构应用工程师本文共计1591字,阅读时间预计5分钟编者按作者在本文对DEFORM软件使用时常出现的问题进行了深入探讨,并针对应变值不变的问题提出了解决方案,有利于技术工程师在实际使用时进行更好的模拟仿真。在变形中,有一种相对常见的情况:零件变形,但有效应变保持为0,其他变量(如应力)的行为异常。报错信息如图-1所示,工件的单元应力为0。(注:图-1所示错误多发生在用户自定义材料中,因此用户首先要确认输入的材料参数是否符合材料本构模型。)当应变率非常小时,应变值不变的问题很常见,并且与称为'极限应变率'的值相关。图-1 单元应力为0的错误信息什么是极限应变率?在DEFORM中,刚塑性有限元算法是因变形而在单元中产生的应力。在刚塑性模型中,如果一个单元没有塑性变形,那么该单元的应力是不明确的。然而良好的收敛,需要一致的应力。为了改善收敛,DEFORM 使用被称为“极限应变速率(LMTSTR)”的值来识别零件的刚性或几乎刚性区域,并计算变形率接近零的区域的流动应力。 一般来说,流动应力和应变率之间的关系是非线性的,由流动应力定律定义。 在低于极限应变速率的值下,可假定流动应力和应变率关系在0和(极限应变率)下的流动应力之间是线性的。根据计算目的,应变率低于极限应变率的单元被视为“刚性”。它们不会计算应变,并且报告的有效应力可能相当低。如何计算极限应变率?极限应变率保持是指“平均应变率”的固定比率。该比率在前处理器工件属性中进行定义,通常为100:1。■ 低于LMTSTR的应变率流动应力是基于从0到LMTSTR流动应力之间的线性拟合计算。■ 在每个变形时间步数中,计算所有变形单元的平均应变率,此后更新的值便会重新计算极限应变率。■ 对于应变率低于LMTSTR的单元,应变和损伤值不会增加。为什么这会引...
2021 - 02 - 03
作者:吴华春 上海安世亚太结构应用工程师本文共计3974字,阅读时间预计9分钟编者按作者在本文中对齿轮整个成形过程所涉及的工艺进行了分析,并提出从切削到热处理的过程中,DEFORM可以进行一系列的仿真分析,帮助研发人员减少研发周期,避免人为的设计缺陷,为整个齿轮行业提供CAE仿真支持。齿轮作为可以改变运动方向及形式以及传递力矩的部件,已经成为机械行业中必不可少的核心零件。特别是在国家提出“中国制造2025”发展制造业的时期,精密化的齿轮在汽车、高铁、航空航天、智能机器人等高尖端行业中,决定着这些的行业的根基。简单举例,智能机器人手臂中的椭圆行星齿轮,其研发和生产基本控制在国外大公司手中。欧美日等西方发达国家在齿轮成形生产中,已经把CAE仿真完全融合到整个制造过程中。利用CAE的优势减小生产成本,提高开发优势,是西方发达国家掌握核心技术的关键手段。DEFORM作为业界公认应用最广泛的金属体积成形、切削加工以及热处理表面处理的CAE仿真软件,其可以为齿轮成形加工的过程提供CAE支持,提高齿轮的加工精度,下文将从齿轮的各种加工类型和热处理进行分类说明。齿轮成形类型[1-2]现代齿轮成形方法基本上分为2种,分别是切削成形和塑性成形。齿轮切削成形齿轮切削成形又分为仿形法和范成法。仿形法仿形法是指利用外形与齿轮齿槽相同或相近的成形刀具加工齿轮齿形的方法,包括铣齿、拉齿、磨齿等。范成法范成法是指利用齿轮刀具和齿坯之间保持强制的啮合运动关系而成形齿轮齿形的方法,包括滚齿、插齿、剃齿等。图-1 齿轮切削成形齿轮塑性成形齿轮塑性成形因采用少、无切削的净成形和近净成形,可节省材料、节约工时。最主要的是这种成形方法没有切断金属流线,采用压实和压密金属晶粒即可提高齿轮的强度(可以提高20~30%),增加齿轮的寿命。在现阶段,对于能够采用体积塑性成形的齿轮,各个齿轮生产公司和工厂大都采用此类方法。齿轮...
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